Pastillas sinterizadas de Al2O3 como dosímetros termoluminiscentes

Ingenierıa y Ciencia, ing. cienc. ISSN 1794–9165

Volumen 8, numero 15, enero-junio de 2012, paginas 47–64

Pastillas sinterizadas de Al2O3 como

dosımetros termoluminiscentes

Al2O3 sintered pellets as thermoluminescent dosimeters

Pastilhas sinterizadas de Al2O3 como dosımetros

termoluminescentes

Amalia Osorio1, Juana Salcedo2 yRafael Cogollo3

Recepcion:28-mar-2011/Modificacion:23-abr-2012/Aceptacion:30-abr-2012

Se aceptan comentarios y/o discusiones al artıculo

Resumen

La verificacion de la dosis de radiacion recibida por el area expuesta durante eltratamiento medico es esencial para la evaluacion de cualquier regimen de ra-dioterapia. Este trabajo describe las caracterısticas termoluminiscentes (TL)de pastillas sinterizadas de Al2O3, para su posible uso como dosımetro TLde baja dosis. Pastillas de Al2O3 sinterizadas bajo diferentes condiciones decalcinacion, con un diametro de 5 mm y un espesor de 1 mm, fueron irra-diadas a diferentes dosis usando una unidad de 60Co Theratron 780Cr enaire a temperatura ambiente. La lectura se realizo en un Harshaw TLD 4500.Las principales propiedades dosimetricas del material (curva de brillo, repro-ducibilidad de la respuesta, reutilizacion, linealidad y decaimiento termico)han sido estudiadas en detalle. La curva de brillo de las pastillas sinterizadasde Al2O3 presenta un intenso pico TL alrededor de los 165◦C, el cual puede ser

1 Fısica, amaliaosorio [email protected], Departamento de Fısica y Electronica, Universi-dad de Cordoba, Monterıa Colombia.2 Fısica, [email protected], Departamento de Fısica y Electronica, Universidadde Cordoba, Monterıa–Colombia.3 Magıster en Fısica, [email protected], Profesor, Departamento de Fısica y Electronica,Monterıa Colombia.

Universidad EAFIT 47|

http://www.eafit.edu.co/ingciencia/

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Pastillas sinterizadas de Al2O3 como dosımetros termoluminiscentes

usado para dosimetrıa. Los resultados muestran que las pastillas pueden serusadas en programas de control de calidad como dosımetro termoluminiscenteen el rango de dosis terapeuticas. La importancia de este trabajo radica enque el oxido de aluminio (α−Al2O3) es una alternativa prometedora dentrode los materiales TL usados para dosimetrıa “in vivo”dentro de los programasde control de calidad.

Palabras claves: Al2O3, dosimetrıa, termoluminiscencia.

AbstractVerification of the radiation doses received by the area exposed during medi-cal treatment is essential for assessing any scheme radiotherapy. This workdescribes the characteristic thermoluminescent (TL) of sintered Al2O3 pe-llets, for its use as dosimeter dose low. Sintered Al2O3 pellets under differentcalcinations with a diameter of 5 mm and a thickness of 1 mm, they wereirradiated to different dose using an unit of 60Co Theratron 780Cr in air toambient temperature. The reading was carried in a Harshaw TLD 4500. Themain dosimetric properties of the material (glow curve, response reproducibi-lity, reutilization, linearity and fading) have been studied in detail. The glowcurve of the thin sintered Al2O3 pellets presents an intense peak TL to about165◦C, which can be used for dosimetry. The results show that the pellets canbe used in quality control programs as thermoluminescent dosimeter in the-rapeutic dose range. The importance of this work is that the aluminum oxide(α−Al2O3) is a promising alternative in TL materials used for dosimetry “invivo” within quality control programs.

Key words: Al2O3, dosimetry, thermoluminescence.

ResumoA verificacao da dose de radiacao recebida pela area exposta durante o trata-mento medico e essencial para a avaliacao de qualquer regime de terapia de ra-diacao. Este trabalho descreve as caracterısticas de termoluminescencia (TL)de Al2O3 pastilhas sinterizadas, para possıvel uso como dosımetro TL de baixadose. Pastilhas de Al2O3 sinterizadas baixo diferentes condicoes de calcinacao,com um diametro de 5 mm e uma espessura de 1 mm, foram irradiadas emdiferentes doses, utilizando uma unidade de 60Co Theratron 780Cr em ar atemperatura ambiente. A leitura foi realizada em um Harshaw TLD 4500.As principais propriedades de dosimetria do material (curva de brilho, repro-dutibilidade da resposta, reutilizacao, linearidade e decaimento termica) temsido estudadas em detalhe. A curva de brilho das pastilhas sinterizadas deAl2O3 apresenta um intenso pico em torno de 165◦C, que pode ser usado paradosimetria. Os resultados mostram que as pastilhas podem ser utilizadas emprogramas de controle de qualidade como um dosımetro termoluminescentena faixa de dose terapeuticas. A importancia deste trabalho e que o oxidode alumınio (α−Al2O3) e uma alternativa promissora dentro dos materiais

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Amalia Osorio, Juana Salcedo y Rafael Cogollo

TL utilizados para dosimetria “em vivo”dentro de programas de controle dequalidade.

Palavras chaves: Al2O3, dosimetrıa, termoluminescencia.

1 Introduccion

El proceso de irradiacion en los centros donde se trabaja con radiaciones io-nizantes, ya sea para radioterapia, esterilizacion, pasteurizacion, preservacionde comidas y tratamiento de materiales, requiere un programa de control decalidad [1]. La verificacion de la dosis absorbida es una parte esencial de talprograma y radica simplemente en la comparacion entre las dosis medidas conlas dosis prescritas, ya sea en tratamientos medicos o en procesos industriales.Aunque existen diferentes tecnicas dosimetricas, la dosimetrıa termoluminis-cente (TLD) es una de las mas utilizadas [2] para desarrollar este tipo deestudios; consiste en ubicar en los puntos de mayor interes, materiales que alser irradiados absorben parte de la energıa de la radiacion y luego la reemitenal ser sometidos a tratamientos termicos.

Aunque desde sus inicios el dosımetro termoluminiscente (TL) de mayoruso [3] ha sido el LiF:Mg,Ti (TLD-100), en anos recientes han sido propuestosy probados todo tipo de materiales [4, 5, 6, 7, 8] para ser usados con esteproposito; entre los que se destaca el oxido de aluminio (α−Al2O3) natural ysintetico [9, 10, 11, 12, 13, 14]; el cual, es una alternativa prometedora dentrode los materiales TL actualmente usados para dosimetrıa “in vivo”dentro delos programas de control de calidad [9]. Las medidas de las dosis in vivo,proporcionan una manera fiable y eficaz de verificar la exactitud global delproceso en los tratamientos de radioterapia; en donde, la dosis absorbida nose puede desviar mas de un 5.0% del valor prescrito tal como se establece enlos protocolos internacionales. La dosimetrıa in vivo proporciona realmente ladosis absorbida por los pacientes en las sesiones de tratamiento lo que ayudaa descubrir y limitar los errores en los procedimientos terapeuticos [15, 16].Los dosımetros TL son muy convenientes para este uso, particularmente enlos procedimientos de radioterapia [17, 18, 19].

Segun algunos autores [12] la curva de brillo TL del α−Al2O3 puro pre-senta cuatro picos entre 50◦C y 350◦C, pero sus posiciones, sensibilidadesy formas dependen de las concentraciones de las impurezas, las condiciones

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de crecimiento de cristal y el tratamiento termico de los cristales crecidos[12, 13, 14].

En este trabajo, las principales propiedades dosimetricas de pastillas sin-terizadas de alumina irradiadas con rayos Gamma, han sido estudiadas parasu uso como dosımetros TL en rangos de dosis terapeuticos.

2 Materiales y Metodos

Polvo de alumina bohemita (99,995% de pureza) fabricado por W. R. Grace &Co-Conn fue utilizado para preparar pastillas puras sinterizadas de Al2O3 de5 mm de diametro y 1 mm de espesor. Las pastillas fueron inicialmente com-pactadas a dos toneladas de presion y posteriormente sinterizadas a 1000◦C enaire en un horno Terrigeno D8r, a una tasa de 1◦C/minuto. Se fabricaron dosgrupos de pastillas, el primer grupo (denominado NALO) se sinterizo durante1 hora, seguidamente las pastillas fueron molidas y nuevamente compactadaspara ser sinterizadas a 1000◦C durante 1 hora, luego se volvieron a sinterizar a1000◦C durante otra hora. El segundo grupo (denominado ALO) se sinterizo ala misma temperatura durante 3 horas, posteriormente las muestras fueronmolidas y compactadas para ser sinterizadas nuevamente a 1000◦C durante 3horas.

Las irradiaciones fueron realizadas en aire a temperatura ambiente en elCentro Cancerologico de la Sabana, usando una unidad de 60Co Theratron780Cr a una distancia de 80 cm de la fuente, dentro de un campo de radiacionde 10×10 cm2 en el plano de irradiacion. Las muestras fueron colocadas en-tre dos placas de acrılico de 5 mm de espesor, con el proposito de alcanzarcondiciones de equilibrio electronico.

La lectura fue realizada en un TLD 4500 fabricado por Bicronr, usan-do para ello la plancheta de calentamiento del equipo. Durante el procesose uso una temperatura de precalentamiento de 50◦C, a partir de la cualse realizo la adquisicion de datos, a una tasa de 5◦C/s hasta alcanzar unatemperatura maxima de 360◦C, seguido de un calentamiento a 250◦C. Paraeliminar la contribucion infrarroja debido al calentamiento y reducir los efec-tos de la humedad durante el proceso, todas las lecturas se realizaron en unflujo de N2 de alta pureza. Todas las curvas de termoluminiscencia fueroncapturadas con el programa comercial WinREMSr.

Despues de cada irradiacion las muestras fueron calentadas a 400◦C du-



rante 1 hora, en un horno Lindberg/Blue UP150r, seguido de una fase deenfriamiento en aire hasta temperatura ambiente. Este tratamiento fue su-gerido por Rocha, Oliveira y Caldas [9] para reducir la senal de fondo delmaterial despues de cada irradiacion permitiendo su reutilizacion y ha sidocomunmente usado para dosımetros comerciales como el TLD - 100 [3].

El analisis estructural se realizo por medio de difraccion de rayos X (DRX).Los espectros se obtuvieron, a temperatura ambiente, en un difractometroX’Pert PRO de PANalytical, usando como radiacion incidente la lınea Kα1

del cobre (λ = 1,54056A) operando con un voltaje en el tubo de 45 kV yuna corriente de 40 mA, variando el angulo de barrido entre 20◦< 2θ <90◦

en pasos de 0.026 grados/s. La identificacion de las fases presentes se obtuvomediante el software comercial X’Pert HighScore version 2.1.

3 Resultados y Analisis

3.1 Analisis estructural

La figura 1 muestra el patron de difraccion para una pastilla sinterizada deAl2O3 perteneciente al grupo ALO, en el que se observan principalmente unconjunto de picos o senales correspondientes a la fase de la matriz de aluminadenominada α−Al2O3 (JCPDS 01-080-0786), la cual posee una estructuraromboedrica.

Figura 1: Difractograma de Rayos X para una pastilla de alumina perteneciente algrupo ALO.



En la figura 2 se muestra el patron de difraccion para una pastilla sin-terizada de Al2O3 perteneciente al grupo NALO. El analisis del espectro derayos x mostro la presencia de dos fases, identificandose principalmente la faseα−Al2O3 (JCPDS 01-080-0786). El conjunto de senales que aun permanecenen el difractograma podrıan pertenecer a la fase comunmente denominadaγ−Al2O3 la cual cristaliza entre los 500◦C y 900◦C. Aunque el ancho de estassenales podrıa estar relacionado con la presencia de fases amorfas, las cualespueden introducir defectos durante el proceso de crecimiento del cristal.

Figura 2: Difractograma de Rayos X para una pastilla de alumina perteneciente algrupo NALO.

En un solido cristalino perfecto, los atomos ocupan posiciones ordenadasen una estructura reticular periodica; por lo que la existencia de cualquieralteracion en esta estructura constituye un defecto. En la naturaleza no exis-ten cristales perfectos, sino que contienen un cierto numero de defectos deatomos de impurezas que perturban el diagrama de energıa. Los defectos oimperfecciones pueden estar constituidos por vacancias, iones intersticiales,dislocaciones, fases amorfas, etc. Estas imperfecciones pueden ser creadas du-rante el crecimiento del cristal (defectos de estructura, dislocaciones) o pormedio de irradiacion con radiacion ionizante [20, 21]. La existencia de defectosen la red cristalina de un solido (aislante) es importante para que se produz-ca el fenomeno de luminiscencia cuando el cristal es expuesto a un agenteexcitante tal como las radiaciones ionizantes. El hecho de que los defectosperturben el diagrama de energıa del cristal, hace que se creen localmente



niveles de energıa metaestables “permitidos” en la banda prohibida denomi-nados “trampas” tal como se explica mas adelante.

3.2 Curva de brillo del Al2O3

El proceso TL se inicia con la lectura del material, el cual es estimuladotermicamente, liberando los portadores de carga de las trampas para pos-teriormente recombinarse radiativamente en algun centro de recombinacion,emitiendo fotones. El lector TLD mide la intensidad de luz emitida como fun-cion de la temperatura de calentamiento de la muestra TL, proporcionandouna curva llamada comunmente “curva de brillo”(glow curve). Si el cristalcontiene mas de un tipo de trampas (que es lo mas comun), este proceso serepite para cada grupo de trampas, dando lugar a varios puntos de maxi-ma intensidad de emision luminosa en la curva TL, los cuales se conocencomunmente como picos TL [20, 21, 22, 23].

50 100 150 200 250 300 3500200000400000600000800000

1000000

Inte

ncid

ad (

u.a)

Temperatura (°C)

Figura 3: Curva de brillo de pastillas sinterizadas de alumina irradiadas con unadosis de 10 Gy.

En la figura 3 se observa la curva de brillo de una pastilla sinterizada dealumina, perteneciente al grupo ALO, irradiada a una dosis de 10 Gy, leıda



entre los 50◦C y los 380◦C a una tasa de calentamiento de 5◦C/s. En este ran-go de temperatura, la curva mostrada exhibe tres picos localizados alrededorde 169◦C, 274◦C y 345◦C respectivamente, en donde el primer pico presentauna gran intensidad comparado con los otros dos, lo que nos indica que existeun mayor numero de portadores de carga atrapados en este tipo de tram-pas. El grupo NALO presento una curva de brillo similar pero con un ligerocorrimiento en la posicion del pico principal como se observa en la Figura 4.Otros autores [12] han reportado que la curva de brillo TL del α−Al2O3 puropresenta cuatro picos entre los 50◦C y los 360◦C, con la diferencia de quelos picos de menor intensidad (menos trampas ocupadas) aparecen a menortemperatura. Sin embargo, recientemente Rocha, Oliveira y Caldas [9] repor-taron la presencia del pico principal en el mismo rango de temperaturas quenuestras muestras para pastillas puras sinterizadas de Al2O3.

En la figura 4 se observa la curva de brillo de pastillas sinterizadas deAl2O3, irradiadas a una dosis de 0.5 Gy, leıdas entre los 50◦C y los 250◦Ca una tasa de calentamiento de 5◦C/s. En este rango, el cual sera empleadopara la caracterizacion dosimetrica, la curva exhibe un unico pico alrededorde los 165±3◦C para el grupo de pastillas NALO y los 170±3◦C para el grupode pastillas ALO. Este pico puede ser usado para dosimetrıa TL, tal como hasido reportado en la literatura [9, 24].

50 75 100 125 150 175 200 225 250020000400006000080000

100000120000

Temperatura (C)

Intensidad (u.

a)

NALO ALO

Figura 4: Curva de brillo de pastillas sinterizadas de alumina irradiadas con unadosis de 0.5 Gy.



De la figura 4 cabe resaltar la diferencia entre las intensidades que seobserva para cada grupo de muestras, lo cual esta relacionado con el numerode portadores de carga atrapados y por supuesto con el numero de defectosen el material. Como ya se menciono, en los materiales termoluminiscenteslas emisiones TL son esencialmente procesos relacionados con la presencia deimpurezas (dopantes) que han sido introducidas natural o artificialmente enla red de la matriz anfitriona [20, 21, 22, 23] y/o defectos. Estas impurezas odefectos durante el proceso de cristalizacion del material generan niveles deenergıa especıficos o trampas en la banda de energıas prohibidas situada entrela banda de valencia y la banda de conduccion que no existen en el materialpuro. Estos nuevos niveles pueden ser ocupados por los portadores de carga,electrones y/o huecos, liberados durante la irradiacion.

La menor intensidad de la senal (Figura 4) exhibida por el grupo ALO,para todas las muestras, incluso a dosis superiores, esta relacionada con unamenor concentracion de defectos o trampas (N) en el material, lo que con-lleva una menor concentracion de electrones (n) en trampas y huecos (p)en centros de recombinacion. Esta respuesta, esta en concordancia con losresultados obtenidos en el analisis estructural en donde se encontro que elgrupo NALO puede tener distintas fases cristalograficas o incluso la presenciade fases amorfas lo cual incrementa la presencia de defectos en el material.De este resultado puede inferirse que el grupo denominado ALO presenta unamayor cristalizacion.

En la figura 5 se muestran las curvas de brillo para una pastilla del grupoNALO irradiada a diferentes dosis y leıda en un rango de temperatura entrelos 50◦C y los 250◦C; en ella se observa que la intensidad de la senal aumentaproporcionalmente con la dosis, al tiempo que se produce un corrimiento enla posicion del pico TL de aproximadamente treinta grados en el rango dedosis empleado. Este crecimiento en la intensidad de la respuesta es evidente,debido a que a medida que aumenta la dosis, el material absorbe mas energıay un mayor numero de electrones pueden quedar atrapados en las trampasintrınsecas del material. Por tanto, cuanto mas electrones se recombinen, masfotones van a emitir, aumentando ası la intensidad.



50 75 100 125 150 175 200 225 2500100000200000300000400000500000600000700000800000900000

Intensidad (u.

a)

Temperatura (C)

0.5 Gy 2 Gy 4 Gy

Figura 5: Curva de brillo exhibida por una pastilla irradiada a diferentes dosisperteneciente al grupo NALO.

En la figura 6 se muestran las curvas de brillo para una pastilla pertenecienteal grupo ALO irradiada a diferentes dosis y leıda en un rango de temperatu-ra entre los 50◦C y los 250◦C; en ella es claro que la intensidad de la senalaumenta a medida que aumenta la dosis, mientras que el valor de la inten-sidad maxima del pico permanece casi inalterado alrededor de los 164±3◦C.Esta diferencia en el comportamiento de ambos grupos frente al incrementode la dosis, muestra que el tratamiento termico modifica no solo el numerode trampas sino su tipo, ya que dicho corrimiento puede estar asociado atrampas de mayor profundidad, las que se van alcanzando a medida que seaumenta la dosis de radiacion, por lo que se hace necesario mayor energıa(temperatura) para liberar los portadores de carga allı atrapados. Sin embar-go, debemos tener presente que los defectos o imperfecciones que dan origen alas trampas pueden ser creadas durante el crecimiento del cristal o por mediode irradiacion con radiacion ionizante [21].



60 80 100 120 140 160 180 200 220 2400200000400000600000800000

Intensidad (u.

a) 200 cGy 400 cGy 600 cGy 800 cGy 1000cGy

Temperatura (C)Figura 6: Curva de brillo exhibida por una pastilla irradiada a diferentes dosisperteneciente al grupo ALO.

3.3 Estudio de las propiedades dosimetricas

Para la realizacion de este analisis todas las muestras recibieron el tratamientotermico descrito anteriormente (400◦C/ 1 hora). Posteriormente se les expu-so a diferentes dosis de radiacion con el objeto de estudiar sus principalescaracterısticas dosimetricas, a saber: reproducibilidad, respuesta con la dosis(linealidad) y decaimiento termico. Para la determinacion de la intensidaden cada medida el programa realizo la integracion del area bajo la curva delos espectros obtenidos, los cuales son similares a los que se observan en lasfiguras 5 y 6. Todas las lecturas se realizaron entre los 50◦C y los 250◦C, auna tasa de calentamiento de 5◦C/s, durante un intervalo de tiempo de 46,66s.

Reproducibilidad

La reproducibilidad de un dosımetro TL significa, idealmente, que debe ob-tenerse siempre la misma lectura al irradiar un mismo dosımetro a la mismadosis un determinado numero de veces, borrandolo termicamente en cada



ocasion. Un material TL optimo para dosimetrıa debe tener una reproduci-bilidad no mayor de 4% despues de repetir hasta diez o doce ciclos conti-nuos de tratamiento de borrado termico, irradiacion y lectura de los mismosdosımetros [21]. Para estudiar la reproducibilidad de la respuesta TL las mues-tras fueron sometidas en repetidas ocasiones al mismo tratamiento termicodefinido para su reutilizacion e irradiadas a una dosis de 50 cGy.

Los puntos de la figura 7 son los valores medios de cada grupo de muestras,obtenidos despues de cada lectura. Se han representado los valores medios decada grupo de medidas normalizados con respecto al valor medio de todaslas medidas, flanqueados por dos lıneas que delimitan una franja de anchurade ± 10% alrededor de este valor. Las barras de error que se presentan enla figura corresponden a una desviacion tıpica de los valores normalizados decada grupo de medidas.

0 1 2 3 4 5 6 7 80,20,40,60,81,01,21,41,61,8 0 1 2 3 4 5 6 7 80,20,40,60,81,01,21,41,61,8

(b) ALO

Normalización

Medidas

(a) NALO

Figura 7: Reproducibilidad de la respuesta para (a) el grupo NALO y (b) para elgrupo ALO.

De la grafica puede observarse que los resultados para cada grupo depastillas presenta aproximadamente la misma dispersion. Para la parte (a) seencuentra que la incertidumbre asociada con respecto al valor medio de lasmediciones tiene un valor del 2.4%, mientras que las barras de error de estasmedidas presentaron una incertidumbre del 2.9%.



En la parte (b) la incertidumbre en las medidas con respecto al valormedio es de un 2.3%, en este caso las barras de error de dichas medidas secomportan con una incertidumbre de 4.7%. Otros autores [9] han encontradouna incertidumbre con respecto al valor medio en sus medidas alrededor del3% para muestras de alumina irradiadas con rayos gamma.

Respuesta con la dosis

Las pastillas de alumina de cada grupo de muestras, tratadas termicamentea 400◦C/1h, fueron irradiadas a diferentes dosis desde 0.5 hasta 8 Gy paraestudiar la respuesta del material con la dosis. Los resultados se observanen la figura 8, en la cual, los puntos representan los valores medios de cadagrupo de medidas, obtenidos despues de cada irradiacion. Las barras de errorcorresponden a una desviacion estandar sobre los valores de cada grupo demedidas.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9010002000300040005000

Intensidad (u.

a.)

Dosis (Gy)

NALO ALO

Figura 8: Respuesta lineal del material con la dosis desde 0.5 Gy hasta 8 Gy.

Los resultados muestran un comportamiento lineal en el rango de dosisempleado para cada grupo de pastillas. Resultado similar ha sido reportadopor Rocha, Oliveira y Caldas [9].



En su trabajo ellos encontraron un comportamiento lineal desde 0.1 hasta 20Gy, sin que se presentara saturacion en la respuesta.

Decaimiento termico

Para determinar el debilitamiento termico de la respuesta TL, cada grupode pastillas de Al2O3 irradiadas a una dosis de 50 cGy, fue almacenado encondiciones ambientales (humedad relativa ∼70% y temperatura ambiente de32±4 ◦C). La lectura se realizo durante los 30 dıas siguientes a la irradiacion,a espacios de tiempo regulares.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 320,20,40,60,81,01,21,41,61,8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 320,20,40,60,81,01,21,41,61,8

Normalización

Tiempo después de la irradiación (días)

ALO

NALO

Figura 9: Respuesta lineal del material con la dosis desde 0.5 Gy hasta 8 Gy.

Los puntos de la figura 9 son los valores medios de cada grupo, obtenidosdespues de cada lectura. Se han representado los valores medios de cada grupode medidas normalizados con respecto al valor de la primera lectura.

Tres (3) dıas despues de ser irradiadas, las pastillas del grupo NALO,presentaron un decaimiento en la senal del 21%, mientras que para el grupoALO, el decaimiento fue del 18%. Durante los siguientes seis (6) dıas, eldecaimiento de la senal fue de aproximadamente 25% para ambos grupos.



Despues de 10 dıas, las muestras correspondientes al grupo NALO presen-taron un decaimiento en la senal del 32%, mientras que las pertenecientes algrupo ALO tuvieron una reduccion en la senal del 28%. Este desvanecimientoen la senal alcanza valores alrededor del 40% despues de un mes de irradiadaslas muestras, en ambos casos. El fuerte debilitamiento termico presentado porlas muestras puede estar relacionado con las condiciones de almacenamiento(humedad relativa ∼70% y temperatura promedio 32±4◦C), ya que resulta-dos similares [25] se observaron en dosımetros comerciales TLD-100, para loscuales, el desvanecimiento en la respuesta TL varıa, segun la literatura, del 5al 10% anual [26].

Lımite de deteccion

La mınima dosis detectada por las pastillas de alumina fue de 2 cGy, despuesque las muestras fueron sometidas a radiacion gamma. En todos los casos lasmuestras exhibieron una curva de brillo similar a la que se observo para altasdosis. Las medidas en este rango presentaron una incertidumbre del 4.5% parael grupo denominado NALO y del 4.9% para el grupo denominado ALO. Cabeanotar que 2 cGy es la mınima dosis suministrada por el equipo de radiacion.

4 Conclusiones

El estudio de la reproducibilidad de las pastillas de alumina mostro una in-certidumbre asociada con respecto al valor medio de las mediciones menor al3% en ambos grupos de muestras; acompanada de una respuesta lineal en elrango de dosis empleado (0.5–8 Gy). Sin embargo, su mayor debilidad es sinduda el debilitamiento de la senal el cual alcanzo valores alrededor del 40%despues de treinta (30) dıas de ser irradiadas las muestras, en ambos casos. Taldisminucion de la respuesta puede estar relacionada con las condiciones de al-macenamiento (alta temperatura ambiente y alta humedad relativa) duranteel proceso de medicion ya que dosımetros comerciales (TLD- 100) exhibieronun decaimiento mayor al reportado en la literatura.

Finalmente podemos afirmar, que el cambio en las condiciones de sinteri-zacion de las pastillas de Alumina, modifico la respuesta TL del material enlo referente a la posicion del pico principal y a la intensidad de la senal, lo que



nos indica que el tratamiento termico modifica no solo el numero de trampassino su tipo. Mientras que las caracterısticas dosimetricas (reproducibilidadde las medidas, respuesta con la dosis, decaimiento termico y lımite de de-teccion) no sufrieron mayor variacion. Como la incertidumbre de las medidasarrojo valores aceptables y el decaimiento de la senal puede ser minimizadousando tratamientos termicos post-irradiacion adecuados [20], los resultadosnos permiten concluir que las pastillas sinterizadas de alumina pueden serusadas como dosımetros TL en rango de dosis terapeuticas. Hacia el futurose puede tratar de mejorar las caracterısticas dosimetricas del material con lainclusion de dopados no reportados en la literatura.

Referencias

[1] WL. McLaughlin, AW. Boyd, KH. Chadwick, JC. McDonal, A. Miller. Dosimetryfor Radiation Processing, ISBN 0850667402. Taylor & Francis, Londres, 1989.Referenciado en 49

[2] F. Daniels, C. Boyd, D. Saunders. Thermoluminiscense as a Research Tool .Science, ISSN 0036–8075, 117, 343–349 (1953). Referenciado en 49

[3] JR. Cameron, D. Zimmermann, G. Keney, R. Buch, R. Bland, R. Grant. Ther-moluminescent radiation dosimetry utilizing LiF . Health Phys., ISSN 0017–9078,10(1), 25–29 (1964). Referenciado en 49, 51

[4] SG. Vaijapurkar, R. Raman, PK. Bhatnagar. Sand-a high gamma dose thermolu-minescence dosimeter . Radiation Measurements, ISSN 1350–4487,29(2), 223–226(1998). Referenciado en 49

[5] S. Chawla, TK. Gundu Rao, AK. Singhvi. Quartz ther-moluminescense dose anddose rate effects and their impli-cations . Radiation Measurements, ISSN 1350–4487, 29(1), 53–63 (1998). Referenciado en 49

[6] LVE. Caldas, MI. Teixeira. Commercial glass for high doses using different dosi-metric techniques . Radiation Protection Dosimetry, ISSN 0144–8420, 101(1),149–152 (2002). Referenciado en 49

[7] N. Dogan, AB. Tugrul. Dosimetric evaluation of gamma doses using irradiatedlead-alkali-silicate glass . Radiation Measurements, ISSN 1350–4487, 33(2), 211–216 (2002). Referenciado en 49

[8] Pradeep Narayan, KR. Senwar, SG. Vaijapurkar, D. Kumar, PK. Bhatnagar.Application of commercial glasses for high dose measurement using the thermo-luminescent technique. Applied Radiation and Isotopes, ISSN 0969–8043, 66(1),86–89 (2008). Referenciado en 49



[9] FDG. Rocha, ML. Oliveira, LVE. Caldas. Thin sintered Al2O3 pellets as ther-moluminescent dosimeters for the therapeutic dose range. Applied Radiation andIsotopes, ISSN 0969–8043, 58(6), 719–722 (2003). Referenciado en 49, 51, 54, 59

[10] FDG. Rocha, E. Okuno, LVE. Caldas, JC. Bressian, MOO. Silva. Al2O3 sin-tered pellets for dosimetry at radiotherapy level . Proceedings of the InternationalCongress of IRPA No. 1 pp 351–353. Hiroshima, (Mayo 2000).Referenciado en 49

[11] FDG. Rocha, LVE. Caldas. Characterization of Al2O3 sintered pellets for dosi-metric applications in radiotherapy. Journal of Radiological Protection, ISSN0952–4746, 19(1), 51–55 (1999). Referenciado en 49

[12] E. Papin, P. Grosseau, B. Guilhot, M. Benabdesselam, P. Iacconi, D. Lapraz.Influence of the calcination conditions on the thermoluminescence of pure anddoped alumina powders . Radiation Protection Dosimetry, ISSN 0144–8420, 65(1),243–246 (1996). Referenciado en 49, 50, 54

[13] G. Molnar, M. Benebdesselam, J. Borossay, D. Lapraz, P. Iacconi, M. Akserold.Influence of the irradiation temperature on TL sensitivity of Al2O3:C . RadiationMeasurements, ISSN 1350–4487, 33(5), 619–623 (2001). Referenciado en 49, 50

[14] V. Kortov, I. Milman. Some new data on thermoluminescent properties ofdosimetric α−Al2O3 crystals . Radiation Protection Dosimetry, ISSN 0144–8420,65(1–4), 179–184 (1996). Referenciado en 49, 50

[15] MA. Duch, M. Ginjaume, H. Chakkor, X. Ortega, N. Jornet, M. Ribas. Ther-moluminescent dosimetry applied to in vivo dose measurements for total bodyirradiations techniques . Radiotherapy & Oncology, ISSN 0167–8140, 47, 319–324(1998). Referenciado en 49

[16] A. Bartolotta, M. Brai, V. Caputo, R. Diliberto, D. Dimariano, G. Ferrara, P.Puccio, AS. Santamaria. The response behaviour of LiF: Mg,Cu,P thermolumi-nescent dosimeters to high energy electron beams used in radiotherapy. Physics inMedicine and Biology, ISSN 0031–9155, 40, 211–220 (1995). Referenciado en 49

[17] AD. Belmonte, JMD. Baraja, ML. Manso, JRS. del Rio. Exit dose as a methodto verify external radiotherapy treatments in vivo by TLD’S . Physica Medica,ISSN 1120–1797, 17, 7–9 (2001). Referenciado en 49

[18] M. Essers, BJ. Mijnheer. In vivo dosimetry during external photon beam ra-diotherapy. International Journal of Radiation Oncology-Biology-Physics, ISSN0360–3016, 43, 245–259 (1999). Referenciado en 49

[19] DC. Weber, P. Nouet, JM. Kurtz, AS. Allal. Assessment oftarget dose delive-ry in anal cancer using in vivo thermoluminescent dosimetry. Radiotherapy &Oncology, ISSN 0167–8140, 59, 39–43 (2001). Referenciado en 49



[20] JL. Muniz Gutierrez. Metodos experimentales de do-simetrıa postal para el con-trol de calidad en radioterapia basados en LiF: Mg, Ti (TLD-100) y LiF: Mg, Cu,P (GR-200): Aplicacion de metodos numericos al analisis de las curvas de termo-luminiscencia. Madrid, 1999, 203 h. Tesis Doctoral (Doctor en Ciencias Fısica).Universidad Complutense de Madrid. Facultad de Ciencias Fısicas. Departamentode Fısica de Materiales. Referenciado en 52, 53, 55, 62

[21] J. Azorın Nieto. Estudio de las propiedades termoluminiscentes y opticas de losprincipales materiales dosimetricos . Mexico, D.F. 1993, p 200h. Tesis Doctoral(Doctor en Ciencias Fısica). Universidad Autonoma Metropolitana - Izatapalapa.Referenciado en 52, 53, 55, 56, 58

[22] AJJ. Boss. High sensitivity thermoluminiscense dosimetry. Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research B, ISSN 0168–583X, 184(1–2), 3–28 (2001).Referenciado en 53, 55

[23] AJJ. Boss. Theory of thermoluminescence. Radiation Measurements,ISSN 1350–4487, 41, S45–S56 (2007). Referenciado en 53, 55

[24] M. Springis, P. Kulis, A. Veispals, V. Tale, I. Tale. Origin of the 430 K TL paekin thermochemically reduced α−Al2O3. Radiation Protection Dosimetry,ISSN 0144–8420, 65(1), 231–234 (1996). Referenciado en 54

[25] JI. Herrera Cuitiva. Estudio de las principales caracterısticas dosimetricas delTLD - 100 . Monterıa, 2008, 90 h. Trabajo de grado (Fısico). Universidad deCordoba. Facultad de Ciencias e Ingenierıas. Departamento de Fısica y Elec-tronica. Referenciado en 61

[26] V. Kortov. Materials for thermoluminescent dosimetry: Current status and fu-ture trends . Radiation Measurements, ISSN 1350–4487, 42, 576–581 (2007).Referenciado en 61


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Pastillas sinterizadas de Al2O3 como dosímetros termoluminiscentes